Die als „die schöne Unbekannte“ bezeichnete Kathedrale von Palencia wurde im 14. Jahrhundert über der Krypta von San Antolín begonnen und im 16. Jahrhundert fertig gestellt. Ihr Äußeres ist spätgotisch, im Innern vermischen sich spätgotische, isabellinische, platereske und Renaissance-Elemente. Der Chorraum der dreischiffigen Kirche mit Querhaus und Deambulatorium ist von fünf Apsiden umgeben. Die gesamte Kirche ist mit Kreuzrippengewölben ausgestattet. Am Renaissance-Hochaltar im Altarraum sind besonders die Malereien von Juan de Flandes hervorzuheben. Der Altar auf der Rückseite des Chors ist plateresk, das Altarbild ein Werk des Malers Jan Joes. Die Kathedrale beherbergt den Sarkophag der Königin Doña Urraca und das Grabmal von Doña Inés de Osorio. Im Museum der Kathedrale sind besonders ein Diptychon von Berruguete und ein Hl. Sebastian von El Greco hervorzuheben.